JP5460638B2 - Pulse radar apparatus and control method thereof - Google Patents
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本発明は、レーダ装置に関し、特にパルス信号を該装置から放射し、対象物で反射し、再び該装置で受信されるまでの往復時間を測定することで該対象物までの距離を計測する車載パルスレーダ装置及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus, and more particularly to an on-vehicle device that measures a distance to an object by measuring a round trip time until a pulse signal is emitted from the apparatus, reflected by an object, and received again by the apparatus. The present invention relates to a pulse radar device and a control method thereof.
一般的なパルスレーダ装置は、高周波の搬送波を変調してごく短い時間だけ搬送周波数を切り出すことにより、パルス状の送信信号を生成する高周波送信部と、高周波送信部で生成された送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナと、送信アンテナから放射された電波が対象物で反射されて戻ってきた反射波を受信する受信アンテナと、受信アンテナから受信信号を入力してベースバンド信号にダウンコンバートする高周波受信部と、高周波受信部からベースバンド信号を入力して対象物までの距離等を算出するベースバンド部と、を備えている。 A general pulse radar device modulates a high-frequency carrier wave and cuts out a carrier frequency for a very short time, thereby generating a pulse-shaped transmission signal and a transmission signal generated by the high-frequency transmission unit as a radio wave. As a transmitting antenna that radiates into the space, a receiving antenna that receives the reflected wave that is reflected by the object reflected from the transmitting antenna, and receives the received signal from the receiving antenna and down-converts it to a baseband signal And a baseband unit that inputs a baseband signal from the high-frequency receiving unit and calculates a distance to the object and the like.
また、高周波送信部は、所定の周波数の搬送波を生成する発振器と、発振器で生成された搬送波をパルス状に切り出すスイッチ等を有している。高周波受信部は、送信信号と受信信号との相関をとる相関器と、相関器の出力信号をベースバンド信号にダウンコンバートするためのIQミキサを有している。ベースバンド部は、高周波受信部からのベースバンド信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/D変換部と、A/D変換部からのディジタル信号を処理して対象物までの距離や対象物の相対速度を算出するディジタル信号処理部と、パルスレーダ装置の制御を行う制御部を有している。制御部は、高周波送信部のスイッチや高周波受信部の相関器をオン/オフ制御している。 The high-frequency transmission unit includes an oscillator that generates a carrier wave having a predetermined frequency, a switch that cuts out the carrier wave generated by the oscillator in a pulse shape, and the like. The high-frequency receiving unit includes a correlator that correlates the transmission signal and the reception signal, and an IQ mixer that down-converts the output signal of the correlator into a baseband signal. The baseband unit includes an A / D conversion unit that converts a baseband signal from the high-frequency receiving unit from an analog signal to a digital signal, and a digital signal from the A / D conversion unit to process the distance to the target and the target A digital signal processing unit for calculating the relative velocity of the signal and a control unit for controlling the pulse radar device. The control unit controls on / off of the switch of the high frequency transmission unit and the correlator of the high frequency reception unit.
パルスレーダ装置は、上記説明のように、高周波信号を処理する高周波送信部及び高周波受信部(以下では、両者を合わせてRF部という)と、低周波信号を処理するベースバンド部とを備えている。このうち、RF部は高周波に対応可能な高価な基板を用いる必要があることから、低コスト化を図るために、従来より、RF部のみを高周波に対応可能な基板に配置し、ベースバンド部は低価格の基板に配置するのが一般的である。また、別々の基板に配置されたRF部とベースバンド部とを接続する手段として、従来より寸法が小さく安価な多ピンのコネクタが用いられている。 As described above, the pulse radar device includes a high-frequency transmission unit and a high-frequency reception unit that process high-frequency signals (hereinafter, both are collectively referred to as an RF unit), and a baseband unit that processes low-frequency signals. Yes. Of these, since it is necessary to use an expensive substrate that can handle high frequencies, the RF unit has conventionally been arranged on a substrate that can handle high frequencies in order to reduce costs. Is generally placed on a low-cost substrate. Further, as a means for connecting the RF portion and the baseband portion arranged on different substrates, a multi-pin connector having a smaller size and lower cost than the conventional one is used.
上記のように、別々の基板上に形成されるベースバンド部とRF部とを安価な集約された多ピンのコネクタで接続すると、制御信号が受信信号に干渉ノイズ信号として漏れこんできてしまうといった問題があった。このように、該多ピンのコネクタにおいて、副次的に発生する制御信号等の不要波が受信信号に漏れこんで干渉ノイズ信号となると、十分な受信強度が得られないときは、該干渉ノイズ信号に所望の受信信号が埋もれてしまうという問題がある。そこで、従来は、なるべく該多ピン間のアイソレーションを大きくして該干渉ノイズ信号の信号量を低減することで、受信強度が小さい受信信号まで検出できるようにしていた。 As described above, when the baseband part and the RF part formed on different substrates are connected by an inexpensive and aggregated multi-pin connector, the control signal leaks into the received signal as an interference noise signal. There was a problem. In this way, in the multi-pin connector, if an unnecessary wave such as a control signal that occurs secondarily leaks into the received signal and becomes an interference noise signal, the interference noise is not obtained when sufficient reception intensity cannot be obtained. There is a problem that a desired received signal is buried in the signal. Therefore, conventionally, it is possible to detect even a received signal having a low reception intensity by increasing the isolation between the multi-pins as much as possible to reduce the signal amount of the interference noise signal.
さらに、このような干渉ノイズ信号は発生要因は異なるが、各種レーダ装置にも存在し、該干渉ノイズ信号を除去する技術がある。特許文献1では、FM−CWレーダにおける受信信号に重畳した定常的なノイズ成分(周波数やレベルの時間的変動が小さいノイズ成分)の干渉ノイズ信号低減処理が開示されている。定常的なノイズ成分を記憶し、受信信号のスペクトラム分布から差し引くことで、対象物を検出する。
Furthermore, although such interference noise signals have different generation factors, they also exist in various radar devices, and there is a technique for removing the interference noise signals.
しかしながら、車載レーダでは、小型な基板に実装することが多いため、多ピンコネクタのピン間のアイソレーションを十分確保することは非常に困難であるという問題があった。また、信号間の干渉を防止するために、各信号線を完全に独立した同軸線で接続することも可能であるが、RF部とベースバンド部との間の接続に複数の同軸線を用いると、高コストとなるとともに、機構上の取り回しが複雑となるため、製造が困難になる、といった問題があった。 However, in-vehicle radars are often mounted on a small board, and there is a problem that it is very difficult to ensure sufficient isolation between pins of the multi-pin connector. In addition, in order to prevent interference between signals, each signal line can be connected by a completely independent coaxial line, but a plurality of coaxial lines are used for connection between the RF unit and the baseband unit. As a result, the cost is high and the handling of the mechanism is complicated, which makes it difficult to manufacture.
また、パルスレーダ装置の場合には、特に受信側に相関器を用いると発振器から出た信号が高周波受信部のIQミキサを通り、相関器で反射され、再びIQミキサでダウンコンバートされることによりセルフミキシングノイズが発生するという問題もある。とりわけ、遠方にある対象物からの信号は振幅のレベルが小さくなるため、上記の干渉ノイズ信号やセルフミキシングノイズで隠されてしまうおそれがある。 In the case of a pulse radar device, in particular, when a correlator is used on the receiving side, the signal emitted from the oscillator passes through the IQ mixer of the high-frequency receiving unit, is reflected by the correlator, and is downconverted again by the IQ mixer. There is also a problem that self-mixing noise occurs. In particular, since a signal from a far object has a small amplitude level, it may be hidden by the interference noise signal or the self-mixing noise.
さらに、特許文献1で開示された技術によれば、低レベルの干渉ノイズ信号を減算する方式であるため、受信信号よりも高いレベルの干渉ノイズ信号には適用できないという問題がある。
Furthermore, the technique disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ノイズ信号のレプリカ信号を生成して受信信号から除去することにより、多ピンコネクタを用いて装置の小型化を実現しつつ、受信信号強度を超過する干渉ノイズ信号を低減し、対象物の情報を高精度に検出することが可能なパルスレーダ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by generating a replica signal of a noise signal and removing it from the received signal, the received signal strength can be reduced while reducing the size of the apparatus using a multi-pin connector. An object of the present invention is to provide a pulse radar apparatus and a control method therefor that can reduce interference noise signals exceeding the threshold and detect information on an object with high accuracy.
上記課題を解決するため、本発明のパルスレーダ装置の第1の態様は、所定周波数の搬送波を生成する発振器を有し、前記搬送波を2以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出し、前記2以上の送信用制御信号のすべてが出力されたときに送信信号を生成する高周波送信部と、前記高周波送信部から前記送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信信号を入力して受信用制御信号に従って前記送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、少なくとも前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換部と、前記A/D変換部から前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、前記送信用制御信号を前記高周波送信部に出力するとともに前記受信用制御信号を前記高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備え、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の前記送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を第1のバックグランド信号として取得し、前記制御部から前記一部または全部の送信用制御信号のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を第2のバックグランド信号として取得し、前記第1のバックグランド信号と前記第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、前記低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出することを特徴する。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the pulse radar apparatus of the present invention includes an oscillator that generates a carrier wave having a predetermined frequency, and cuts the carrier wave in a pulse shape according to two or more transmission control signals. A high-frequency transmission unit that generates a transmission signal when all of the above transmission control signals are output, a transmission antenna that inputs the transmission signal from the high-frequency transmission unit and radiates it as a radio wave, and the radio wave A reception antenna that receives a reflected wave reflected by an object, a high-frequency reception unit that inputs a reception signal from the reception antenna, correlates with the transmission signal according to a reception control signal, and converts it into a baseband signal; An A / D converter that inputs the baseband signal and converts it to a digital signal, and inputs the digital signal from the A / D converter to the object A digital signal processing unit that calculates a distance and / or a relative speed of the object and / or an azimuth angle of the object; and outputs the transmission control signal to the high-frequency transmission unit and sends the reception control signal to the high-frequency signal. A baseband unit having a control unit that outputs to the receiving unit, and the digital signal processing unit does not output part or all of the two or more transmission control signals from the control unit, When the transmission control signal and the reception control signal are output, a digital signal output from the A / D conversion unit is acquired as a first background signal, and part or all of the digital signal is output from the control unit. The digital signal output from the A / D converter when only the transmission control signal is output is acquired as the second background signal, and the first A replica signal is calculated by adding a background signal and the second background signal, and all of the two or more transmission control signals and the reception control signal are output from the control unit and from the oscillator When a carrier wave is output, a low noise signal is calculated by subtracting the replica signal from a digital signal output from the A / D converter, and a distance to the object is calculated based on the low noise signal And / or calculating a relative velocity of the object and / or an azimuth angle of the object.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第2バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させていることを特徴とする。 According to another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the carrier wave from the oscillator is output when the first background signal is acquired, and the carrier wave output from the oscillator is acquired when the second background signal is acquired. Is stopped.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第2バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させていることを特徴とする。 Another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention is characterized in that a carrier wave from the oscillator is output both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired. .
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記A/D変換部から入力したディジタル信号をフーリエ変換処理するものであり、前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the digital signal processing unit performs a Fourier transform process on the digital signal input from the A / D conversion unit, and the control unit controls the two or more transmission controls. The replica signal is derived from a Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal output from the A / D converter when all of the signals and the reception control signal are output and the carrier wave is output from the oscillator. The low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、少なくとも前記ベースバンド部が第1の基板上に形成されて前記高周波送信部及び前記高周波受信部が前記第1の基板とは別の基板上に形成されており、前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記2以上の送信用制御信号及び前記受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部が前記第1の基板と前記別の基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記A/D変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されていることを特徴とする。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, at least the baseband unit is formed on a first substrate, and the high-frequency transmission unit and the high-frequency reception unit are formed on a substrate different from the first substrate. A multi-pin connector for connecting the signal line for transmitting the baseband signal and the control lines for transmitting the two or more transmission control signals and the reception control signal to the energized state collectively. Is provided between the first substrate and the other substrate, and the level of the leakage signal from the control line to the signal line is within the dynamic range of the A / D conversion unit. The connection of the control line and the connection of the signal line are separated from each other.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記高周波送信部が、前記搬送波を第1制御信号に従ってパルス状に切出す第1ゲート部と、前記第1ゲート部で切出された信号を第2制御信号に従ってさらに切出して前記送信信号を生成する第2ゲート部と、をさらに有し、前記高周波受信部が、前記受信アンテナから前記受信信号を入力して第3制御信号に従って前記送信信号との相関をとる相関部と、前記相関部からの出力信号をベースバンドにダウンコンバートして前記ベースバンド信号を出力するダウンコンバート部と、を有し、前記制御部が、前記第1ゲート部、前記第2ゲート部、及び前記相関部にそれぞれ前記第1制御信号、前記第2制御信号、及び前記第3制御信号を出力してそれぞれの電源をオン/オフ制御し、前記ディジタル信号処理部は、前記2以上の送信用制御信号を前記第1制御信号と前記第2制御信号の2個とし、前記受信用制御信号を前記第3制御信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the high-frequency transmission unit includes a first gate unit that extracts the carrier wave in a pulse shape according to a first control signal, and a signal that is extracted by the first gate unit. A second gate unit that further cuts out according to two control signals and generates the transmission signal, and the high-frequency receiving unit inputs the reception signal from the reception antenna and transmits the transmission signal according to a third control signal. And a down-conversion unit that down-converts an output signal from the correlation unit into a baseband and outputs the baseband signal, and the control unit includes the first gate unit, The first control signal, the second control signal, and the third control signal are output to the second gate unit and the correlation unit, respectively, to turn on / off the respective power sources, and the digital The signal processing unit calculates the replica signal using the two or more transmission control signals as the first control signal and the second control signal and using the reception control signal as the third control signal. Characterize.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方が出力されず他方および前記第3制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the digital signal processing unit does not output one of the first control signal and the second control signal from the control unit, and outputs the other and the third control signal. The digital signal output from the A / D converter when output is used as the first background signal, and only one of the first control signal and the second control signal is output from the controller. The replica signal is calculated using the digital signal output from the A / D conversion unit as the second background signal.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方が出力されず前記第3制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the digital signal processing unit outputs the third control signal without outputting both the first control signal and the second control signal from the control unit. Sometimes the digital signal output from the A / D converter is used as the first background signal, and only both the first control signal and the second control signal are output from the controller. The replica signal is calculated using the digital signal output from the A / D converter as the second background signal.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波を出力させ、前記第2バックグラウンド信号を取得するときは前記発振器からの搬送波の出力を停止させていることを特徴とする。 According to another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the carrier wave from the oscillator is output when the first background signal is acquired, and the carrier wave output from the oscillator is acquired when the second background signal is acquired. Is stopped.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第2バックグラウンド信号を取得するときとも、前記発振器からの搬送波を出力させていることを特徴とする。 Another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention is characterized in that a carrier wave from the oscillator is output both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired. .
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ディジタル信号処理部は、前記制御部から前記第1制御信号、前記第2制御信号及び前記第3制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。 In another aspect of the pulse radar apparatus of the present invention, the digital signal processing unit outputs the first control signal, the second control signal, and the third control signal from the control unit, and generates a carrier wave from the oscillator. When the output is being performed, the low noise signal is calculated by subtracting the Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from the Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal output from the A / D converter. It is characterized by that.
本発明のパルスレーダ装置の他の態様は、前記ベースバンド部は、該ベースバンド部の動作周波数帯に対応する低周波用基板上に形成され、前記高周波送信部及び前記高周波受信部は、該高周波送信部及び高周波受信部の動作周波数帯に対応する高周波用基板上に形成され、前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記第1制御信号、前記第2制御信号、及び前記第3制御信号を伝達するそれぞれ第1制御線、第2制御線、及び第3制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンのコネクタの結線部が前記低周波用基板と前記高周波用基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記A/D変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されていることを特徴とする。 In another aspect of the pulse radar device of the present invention, the baseband unit is formed on a low frequency substrate corresponding to an operating frequency band of the baseband unit, and the high frequency transmission unit and the high frequency reception unit A signal line for transmitting the baseband signal, the first control signal, the second control signal, and the third control signal, which are formed on a high frequency substrate corresponding to an operating frequency band of the high frequency transmitter and the high frequency receiver. A connection portion of a multi-pin connector that collectively connects the first control line, the second control line, and the third control line to each other to transmit current between the low-frequency board and the high-frequency board. The connection of the control line and the connection of the signal line are separated in the connection part so that the level of the leakage signal from the control line to the signal line falls within the dynamic range of the A / D conversion part. Arranged And wherein the are.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の第1の態様は、所定周波数の搬送波を生成する搬送波生成ステップと、前記搬送波を2以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、前記送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と前記送信信号との相関をとる相関ステップと、前記相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、少なくとも、前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換ステップと、前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、を有し、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記2以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の前記送信用制御信号を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を第1のバックグランド信号として取得し、前記信号切出しステップで前記一部または全部の送信用制御信号のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を第2のバックグランド信号として取得し、前記第1のバックグランド信号と前記第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記信号切出しステップで前記2以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出することを特徴する。 A first aspect of the method for controlling a pulse radar apparatus according to the present invention includes a carrier generation step for generating a carrier wave of a predetermined frequency, and a signal for generating a transmission signal by cutting out the carrier wave into a pulse shape according to two or more transmission control signals. A cutting step; a transmitting step for radiating the transmission signal as a radio wave into space; a receiving step for receiving a reflected wave reflected by an object; and a received signal received in the receiving step according to a receiving control signal; A correlation step for correlating with the transmission signal, a down-conversion step for down-converting the output signal of the correlation step to a baseband and outputting a baseband signal, and at least inputting the baseband signal into a digital signal A / D conversion step for conversion, and distance to the object by inputting the digital signal And / or a digital signal processing step for calculating a relative speed of the object and / or an azimuth angle of the object, and in the digital signal processing step, the two or more recording transmissions are performed in the signal extraction step. The digital signal obtained in the A / D conversion step when the control signal for transmission other than that part of the control signal is not output and the control signal for reception is output in the correlation step is output. 1 as a background signal, and a digital signal obtained in the A / D conversion step when only a part or all of the transmission control signals are output in the signal extraction step is obtained as a second background signal. The replica signal is calculated by adding the first background signal and the second background signal. Obtained in the A / D conversion step when all of the two or more transmission control signals are output in the signal extraction step and the reception control signal is output in the correlation step and the carrier wave generation step is performed. The replica signal is subtracted from the digital signal to calculate a low noise signal, and the distance to the target object and / or the relative speed of the target object and / or the azimuth angle of the target object is calculated based on the low noise signal. It is characterized by.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第2バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わないことを特徴とする。 In another aspect of the control method of the pulse radar device of the present invention, the carrier wave generation step is performed when the first background signal is acquired, and the carrier wave generation step is performed when the second background signal is acquired. It is characterized by not.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第2バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行うことを特徴とする。 Another aspect of the control method of the pulse radar device according to the present invention is characterized in that the carrier wave generation step is performed both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記A/D変換ステップで変換されたディジタル信号をフーリエ変換処理し、前記信号切出しステップで前記2以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。本発明のパルスレーダ装置では、送信信号を生成するのにm(m≧2)個の制御信号(以下では送信用制御信号という)を用い、受信信号を処理するのに1以上の制御信号(以下では受信用制御信号という)を用いている。以下では、説明容易のために送信用制御信号を2個(m=2)とし、受信用制御信号を1個として説明するが、これに限定されず、送信用制御信号が3以上あってよく、また受信用制御信号が2以上あってもよい。 In another aspect of the control method of the pulse radar device of the present invention, the digital signal processing step performs a Fourier transform process on the digital signal converted in the A / D conversion step, and the signal extraction step performs the two or more transmissions. From the Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal obtained in the A / D conversion step when the entire trust control signal is output and the reception control signal is output in the correlation step and the carrier wave generation step is performed. The low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal. In the pulse radar device of the present invention, m (m ≧ 2) control signals (hereinafter referred to as transmission control signals) are used to generate transmission signals, and one or more control signals ( Hereinafter, the reception control signal is used. In the following, for ease of explanation, it is assumed that there are two transmission control signals (m = 2) and one reception control signal. However, the present invention is not limited to this, and there may be three or more transmission control signals. There may be two or more reception control signals.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記信号切出しステップは、前記搬送波を第1制御信号に従ってパルス状に切出す第1切出しステップと、前記第1切出しステップで切出した信号を第2制御信号に従ってさらに切出して送信信号を生成する第2切出しステップと、を有し、前記相関ステップでは、第3制御信号に従って前記受信信号と前記送信信号との相関をとり、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記2以上の送信用制御信号を前記第1制御信号と前記第2制御信号の2個とし、前記受信用制御信号を前記第3制御信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 In another aspect of the control method of the pulse radar apparatus of the present invention, the signal extraction step includes: a first extraction step of extracting the carrier wave in a pulse shape according to a first control signal; and a signal extracted by the first extraction step. A second cut-out step of further cutting out according to the second control signal to generate a transmission signal, wherein in the correlation step, the received signal and the transmission signal are correlated according to the third control signal, and the digital signal processing In the step, the two or more transmission control signals are the first control signal and the second control signal, and the replica signal is calculated using the reception control signal as the third control signal. .
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方を出力せず他方を出力しかつ前記相関ステップで前記第3制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 According to another aspect of the control method of the pulse radar apparatus of the present invention, in the digital signal processing step, one of the first control signal and the second control signal is not output and the other is output in the signal extraction step. The digital signal obtained in the A / D conversion step when the third control signal is output in the correlation step is used as the first background signal, and the first control signal and the second signal are output in the signal extraction step. The replica signal is calculated using the digital signal obtained in the A / D conversion step when only one of the control signals is output as the second background signal.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記ディジタル信号処理ステップでは、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方を出力せずかつ前記相関ステップで前記第3制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出することを特徴する。 According to another aspect of the control method of the pulse radar apparatus of the present invention, in the digital signal processing step, the signal cutting step does not output both the first control signal and the second control signal, and the correlation step The digital signal obtained in the A / D conversion step when the third control signal is output is used as the first background signal, and only both the first control signal and the second control signal are used in the signal extraction step. The replica signal is calculated using the digital signal obtained in the A / D conversion step when output as the second background signal.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行い、前記第2バックグラウンド信号を取得するときは前記搬送波生成ステップを行わないことを特徴とする。 In another aspect of the control method of the pulse radar device of the present invention, the carrier wave generation step is performed when the first background signal is acquired, and the carrier wave generation step is performed when the second background signal is acquired. It is characterized by not.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第1バックグラウンド信号を取得するとき及び前記第2バックグラウンド信号を取得するときとも、前記搬送波生成ステップを行うことを特徴とする。 Another aspect of the control method of the pulse radar device according to the present invention is characterized in that the carrier wave generation step is performed both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
本発明のパルスレーダ装置の制御方法の他の態様は、前記第1切出しステップ、前記第2切出しステップ及び前記相関ステップを実行したときのディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出することを特徴とする。
本発明のパルスレーダ装置では、レプリカ信号を作成するときに発振器から搬送波が出力される態様と搬送波が出力されない態様がある。また、本発明のパルスレーダ装置の制御方法でも、レプリカ信号を作成するときに搬送波生成ステップを行って搬送波を出力する態様と、送波生成ステップを行わないで搬送波を出力しない態様がある。
According to another aspect of the method for controlling the pulse radar apparatus of the present invention, the replica signal is converted to 0 Hz from the Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal when the first extraction step, the second extraction step, and the correlation step are executed. The low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to.
In the pulse radar device of the present invention, there are a mode in which a carrier wave is output from an oscillator and a mode in which a carrier wave is not output when creating a replica signal. In addition, the pulse radar apparatus control method of the present invention includes a mode in which a carrier wave is generated by performing a carrier wave generation step when generating a replica signal, and a mode in which a carrier wave is not output without performing a transmission wave generation step.
本発明によれば、ノイズ信号のレプリカ信号を生成して受信信号から除去することにより、対象物の情報を高精度に検出することが可能なパルスレーダ装置及びその制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pulse radar apparatus which can detect the information of a target object with high precision by producing | generating the replica signal of a noise signal and removing it from a received signal can be provided. .
本発明の好ましい実施の形態におけるパルスレーダ装置及びその制御方法について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。 A pulse radar device and a control method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each component having the same function is denoted by the same reference numeral for simplification of illustration and description.
本発明のパルスレーダ装置は、所定周波数の搬送波を生成する発振器を有し、発振器で生成された搬送波を2以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する高周波送信部と、高周波送信部から送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、空間に放射された電波が対象物で反射された反射波を受信する受信アンテナと、受信アンテナから受信信号を入力して受信用制御信号に従って送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、を備えている。また、ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換部と、A/D変換部からディジタル信号を入力して対象物までの距離及び/または対象物の相対速度及び/または対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、送信用制御信号を高周波送信部に出力するとともに受信用制御信号を高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備えている。 The pulse radar device of the present invention has an oscillator that generates a carrier wave of a predetermined frequency, and a high-frequency transmission unit that generates a transmission signal by cutting out the carrier wave generated by the oscillator in a pulse shape according to two or more transmission control signals; A transmission antenna that inputs a transmission signal from a high-frequency transmission unit and radiates it as a radio wave into the space, a reception antenna that receives a reflected wave reflected from the object by the radio wave radiated into the space, and a reception signal from the reception antenna And a high-frequency receiving unit that takes a correlation with the transmission signal according to the reception control signal and converts it into a baseband signal. Also, an A / D converter that inputs a baseband signal and converts it into a digital signal, and a distance to the object and / or a relative speed of the object and / or an object that receives the digital signal from the A / D converter. A baseband unit having a digital signal processing unit for calculating an azimuth angle of the object, and a control unit for outputting a control signal for transmission to the high-frequency transmission unit and outputting a control signal for reception to the high-frequency reception unit. Yes.
ディジタル信号処理部は、制御部から2以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されかつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにA/D変換部から出力されるディジタル信号を、第1のバックグランド信号として取得する。また、制御部から上記の一部または全部の送信用制御信号のみが出力されかつ発振器からの搬送波の出力が停止しているときにA/D変換部から出力されるディジタル信号を、第2のバックグランド信号として取得する。そして、第1のバックグランド信号と第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出する。 In the digital signal processing unit, a part or all of two or more transmission control signals are not output from the control unit, the other transmission control signals and the reception control signal are output, and the carrier wave is output from the oscillator. The digital signal output from the A / D converter when it is connected is acquired as the first background signal. In addition, the digital signal output from the A / D converter when the control unit outputs only a part or all of the transmission control signals and the output of the carrier wave from the oscillator is stopped, Obtained as a background signal. Then, a replica signal is calculated by adding the first background signal and the second background signal.
レプリカ信号が算出されると、制御部から2以上の送信用制御信号の全部と受信用制御信号を出力し、かつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにA/D変換部から出力されるディジタル信号を入力し、これから上記のレプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出する。そして、この低ノイズ信号に基づいて対象物までの距離及び/または対象物の相対速度及び/または対象物の方位角を算出する。 When the replica signal is calculated, the control unit outputs all of the two or more transmission control signals and the reception control signal, and outputs from the A / D conversion unit when the carrier wave is output from the oscillator. The low-noise signal is calculated by subtracting the replica signal from the digital signal. Based on the low noise signal, the distance to the object and / or the relative speed of the object and / or the azimuth angle of the object are calculated.
ディジタル信号処理部は、A/D変換部から入力したディジタル信号をフーリエ変換処理するようにすることができ、制御部から送信用制御信号の全部及び受信用制御信号が出力されかつ発振器からの搬送波の出力が行われているときにA/D変換部から出力されるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分からレプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより低ノイズ信号を算出する。 The digital signal processing unit can perform a Fourier transform process on the digital signal input from the A / D conversion unit, and all of the control signal for transmission and the control signal for reception are output from the control unit and the carrier wave from the oscillator is output. The low noise signal is calculated by subtracting the Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from the Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal output from the A / D conversion unit.
パルスレーダ装置の構成として、少なくともベースバンド部を第1の基板上に形成し、高周波送信部及び高周波受信部を第1の基板とは別の基板上に形成することができる。この場合には、ベースバンド信号を伝達する信号線と2以上の送信用制御信号及び受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部を第1の基板と別の基板との間に設けることができる。このとき、信号線と制御線をなるべく離して配置し、アイソレーションを稼ぐようにする。 As a configuration of the pulse radar device, at least the baseband portion can be formed on a first substrate, and the high-frequency transmitter and the high-frequency receiver can be formed on a substrate different from the first substrate. In this case, the connection part of the multi-pin connector that connects the signal line for transmitting the baseband signal and the respective control lines for transmitting two or more transmission control signals and reception control signals to the energized state collectively. It can be provided between the first substrate and another substrate. At this time, the signal line and the control line are arranged as far as possible so as to obtain isolation.
また、本発明のパルスレーダ装置の制御方法は、所定の周波数の搬送波を生成する搬送波生成ステップと、搬送波を2以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、空間に放射された電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と送信信号との相関をとる相関ステップと、相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換ステップと、ディジタル信号を入力して対象物までの距離及び/または対象物の相対速度及び/または対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、を有している。 The pulse radar apparatus control method according to the present invention includes a carrier generation step for generating a carrier wave of a predetermined frequency, and a signal extraction step for generating a transmission signal by cutting the carrier wave into pulses according to two or more transmission control signals. A transmission step for radiating a transmission signal as a radio wave to space, a reception step for receiving a reflected wave reflected by an object, and a reception signal received in the reception step according to a reception control signal; A correlation step for correlating with the transmission signal, a down-conversion step for down-converting the output signal of the correlation step to baseband and outputting a baseband signal, and an A / D for inputting the baseband signal and converting it into a digital signal The conversion step, the distance to the object and / or the relative speed of the object Or has a digital signal processing step of calculating the azimuth angle of the object, the.
ディジタル信号処理ステップでは、信号切出しステップで2以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の送信用制御信号を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにA/D変換ステップで得られるディジタル信号を第1のバックグランド信号として取得し、信号切出しステップで上記の一部または全部の送信用制御信号のみを出力しかつ搬送波生成ステップを行わないときにA/D変換ステップで得られるディジタル信号を第2のバックグランド信号として取得する。そして、第1のバックグランド信号と第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出する。 In the digital signal processing step, some or all of the two or more transmission control signals are not output in the signal extraction step, but other transmission control signals are output, and the reception control signal is output in the correlation step, and the carrier wave When the generation step is performed, the digital signal obtained in the A / D conversion step is acquired as the first background signal, and only a part or all of the above transmission control signals are output in the signal extraction step and the carrier wave is generated. When the step is not performed, the digital signal obtained in the A / D conversion step is acquired as the second background signal. Then, a replica signal is calculated by adding the first background signal and the second background signal.
レプリカ信号が算出されると、信号切出しステップで送信用制御信号の全部を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにA/D変換ステップで得られるディジタル信号から上記のレプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて対象物までの距離及び/または対象物の相対速度及び/または対象物の方位角を算出する。 When the replica signal is calculated, the digital signal obtained in the A / D conversion step when the transmission control signal is output in the signal extraction step, the reception control signal is output in the correlation step, and the carrier wave generation step is performed. The low noise signal is calculated by subtracting the replica signal from the signal, and the distance to the object and / or the relative speed of the object and / or the azimuth angle of the object are calculated based on the low noise signal.
上記のディジタル信号処理ステップでは、A/D変換ステップで変換されたディジタル信号をフーリエ変換処理するようにすることができ、この場合には信号切出しステップで送信用制御信号の全部を出力しかつ相関ステップで受信用制御信号を出力しかつ搬送波生成ステップを行ったときにA/D変換ステップで得られるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分からレプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより低ノイズ信号を算出する。 In the above digital signal processing step, the digital signal converted in the A / D conversion step can be subjected to Fourier transform processing. In this case, all of the transmission control signals are output and correlated in the signal extraction step. By subtracting the Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from the Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal obtained in the A / D conversion step when the reception control signal is output in the step and the carrier wave generation step is performed. Calculate a low noise signal.
(第1実施形態)
本発明の第1の実施の形態に係るパルスレーダ装置を、図1を用いて以下に説明する。図1は、本実施形態のパルスレーダ装置100の構成を示すブロック図である。図1において、パルスレーダ装置100は、高周波信号を処理する高周波送信部110及び高周波受信部120と、低周波信号を処理するベースバンド部130と、電波を空間に放射するための送信アンテナ101と、対象物で反射した反射波を受信する受信アンテナ102と、を備えている。以下では、説明容易のため、パルスレーダ装置100で検出する対象物を符号Tで示す。
(First embodiment)
A pulse radar apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
高周波送信部110は、電磁波の送信信号の発生源である所定の高周波信号(搬送波)を発生させる発振器111と、発振器111で生成される高周波信号を所定の時間幅のパルス状の信号(パルス信号)に切出す第1ゲート部112及び第2ゲート部113と、を備えている。第1ゲート部112及び第2ゲート部113は、発振器111から入力する高周波信号を、例えば1[ns]幅のパルス信号に切出す回路であり、逓倍器やスイッチを用いることができる。第1ゲート部112と第2ゲート部113の2つの信号切出し回路を用いることで、シャープに成型されたパルス信号を生成することができる。第2ゲート部113から出力されるパルス状の送信信号は送信アンテナ101に伝送され、送信アンテナ101から電波として空中に放射される。
The high-
高周波受信部120は、受信アンテナ102で受信された受信信号を入力して送信信号との相関をとる相関器121と、相関器121から出力される信号を発振器111から入力した搬送波でダウンコンバートするIQミキサ122とを備えている。IQミキサ122は、I成分のベースバンド信号にダウンコンバートするための第1ミキサ123、Q成分のベースバンド信号にダウンコンバートするための第2ミキサ124、及び発振器111から入力した搬送波を90度の位相差を付加して第1ミキサ123並びに第2ミキサ124に出力する移相器125を有している。相関器121は、受信信号から測定距離毎の信号を取り出し、これを第1ミキサ123及び第2ミキサ124に出力している。
The high-
ベースバンド部130は、第1ミキサ123及び第2ミキサ124でダウンコンバートされたベースバンド信号のI成分及びQ成分を入力してディジタル信号に変換するA/D変換部131と、A/D変換部131からのディジタル信号を複素信号処理(複素フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform))して対象物Tの情報を算出するディジタル信号処理部132と、パルスレーダ装置100の動作を制御する制御部133と、記憶部134とを備えている。制御部133は、高周波部品である第1ゲート部112、第2ゲート部113、及び相関器121のそれぞれの電源をオン/オフ制御しており、第1ゲート部112と第2ゲート部113の両方の電源をオンにしたときに、高周波送信部110から送信信号が出力される。この制御部133で生成される制御信号は、1[ns]幅の信号である。
The
上記のように構成された本実施形態のパルスレーダ装置100では、高周波送信部110及び高周波受信部120を構成する各部品が数十GHz帯の周波数で動作するのに対し、ベースバンド部130を構成する各部品は高々2GHz程度の周波数で動作する。このように、高周波送信部110及び高周波受信部120の動作周波数とベースバンド部130の動作周波数とが大きく異なることから、それぞれの周波数帯用に設計された別の基板上に形成するのが好ましい。本実施形態では、高周波送信部110及び高周波受信部120を高周波用基板103上に形成し、ベースバンド部130を低周波用基板104上に形成している。また、高周波信号を送受信する送信アンテナ101及び受信アンテナ102についても、高周波用基板103上に配置している。
In the
高周波用に用いる基板は低周波用の基板に比べて高価であることから、本実施形態では高価な高周波用基板103上に高周波送信部110、高周波受信部120、送信アンテナ101、及び受信アンテナ102のみを配置し、低周波信号を処理するベースバンド部130については、低価格な低周波用基板104上に配置している。これにより、パルスレーダ装置100のコスト低減を図ることができる。
Since the substrate used for high frequency is more expensive than the substrate for low frequency, in this embodiment, the high
上記説明のように、パルスレーダ装置100の各部品を高周波用基板103と低周波用基板104に分けて配置するには、高周波用基板103上の部品と低周波用基板104上の部品とを電気的に接続する手段が必要となる。本実施形態のパルスレーダ装置100では、従来より用いられている低価格で小型の多ピンのコネクタ105を用いている。低周波用基板104上の制御部133から出力される制御信号は、コネクタ105を経由して高周波用基板103上の高周波送信部110及び高周波受信部120に伝送され、高周波用基板103上の高周波受信部120から出力されるベースバンド信号は、コネクタ105を経由して低周波用基板104上のベースバンド部130に伝送される。
As described above, in order to divide each component of the
このように、高周波用基板103と低周波用基板104との間で、従来の多ピンのコネクタ105を用いて制御信号とベースバンド信号の受け渡しを行うと、対象物Tの情報を有する信号強度の低いベースバンド信号に制御信号からの干渉ノイズ信号が混入してしまう。また、発振器111から出力された搬送波が、IQミキサ122を通過して相関器121で反射され、再びIQミキサ122でダウンコンバートされて生じるセルフミキシングノイズもベースバンド信号に混入する。特に、対象物Tが遠方にある場合には、それからの反射信号の振幅レベルが小さくなるため、上記の干渉ノイズ信号やセルフミキシングノイズに隠れてしまうおそれがある。
As described above, when the control signal and the baseband signal are transferred between the high-
そこで、本実施形態のパルスレーダ装置100では、コネクタ105を通過するベースバンド信号に混入されるノイズ等の不要波のレプリカ信号を事前に作成しておき、対象物Tの検出時にベースバンド信号から該レプリカ信号を除去するようにしている。不要波のレプリカ信号の一例を、図2、3を用いて説明する。図2は、高周波送信部110で生成されたパルス信号を送信アンテナ101から放射し、対象物Tで反射された反射波を受信アンテナ102で受信してディジタル信号処理部132で処理した信号10の一例を示す時間波形図である(なお、横軸は時間に対応した距離を表している。以下、図3、図6〜9においても同様とする。)。同図に示す信号10の波形は、ノイズの影響を受けていないときの波形である。また、図3は、図2に示す信号10に上記の不要波の信号が混入したときの時間波形図を示す。符号11の信号は、コネクタ105でベースバンド信号に混入する干渉ノイズ信号を模式的に示したものであり、符号12の信号は、セルフミキシングノイズを模式的に示したものである。
Therefore, in the
本実施形態では、図3に示す干渉ノイズ信号11とセルフミキシング信号12を合わせた不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを記憶部134に保存しておく。そして、パルスレーダ装置100を動作させて対象物Tを検出するときは、受信信号を高周波受信部120で処理してコネクタ105を経由してベースバンド部130に出力し、ディジタル信号処理部132で処理した信号から上記のレプリカ信号を差し引くことで、図2に示すような信号(低ノイズ信号)を取得する。以下では、上記のレプリカ信号を事前に作成する方法を、図面を用いて詳細に説明する。
In the present embodiment, an unnecessary wave replica signal obtained by combining the
図1において、制御部133から第1ゲート部112に出力される制御信号(第1制御信号)及びそれを伝送する制御線(第1制御線)をそれぞれA、aとし、制御部133から第2ゲート部113に出力される制御信号(第2制御信号)及びそれを伝送する制御線(第2制御線)をそれぞれB、bとし、制御部133から相関器121に出力される制御信号(第3制御信号)及びそれを伝送する制御線(第3制御線)をそれぞれC、cとする。制御信号A、Bは、それぞれ第1ゲート部112、第2ゲート部113の電源をオン/オフ制御し、制御信号Cは相関器121の電源をオン/オフ制御している。ここでは、送信用制御信号を第1制御信号と第2制御信号の2つとし、受信用制御信号を第3制御信号の1つとしている。本発明のパルスレーダ装置及びその制御方法は、送信用制御信号及び受信用制御信号の数が上記のものに限定されるものではなく、それぞれさらに多くの制御信号があってもよい。
In FIG. 1, a control signal (first control signal) output from the
また、IQミキサ122の第1ミキサ123からA/D変換部131に出力されるベースバンド信号(I成分)及びそれを伝送する信号線をそれぞれD、dとし、第2ミキサ124からA/D変換部131に出力されるベースバンド信号(Q成分)及びそれを伝送する信号線をそれぞれE、eとする。上記の制御線a、b、c、及び信号線d、eは、いずれもコネクタ105の異なるピンを経由している。
In addition, the baseband signal (I component) output from the
パルスレーダ装置100では、制御部133から制御線a、bを介して適切なタイミングで制御信号A、Bが第1ゲート部112及び第2ゲート部113に出力され、それぞれの電源が略1[ns]の間投入されると、発振器111で生成された搬送波が1[ns]のパルス幅に切り出される。これにより、所定周波数の搬送波による1[ns]幅パルスの送信信号が生成され、これが送信アンテナ101に送出されて電波として空中に放射される。放射された電波は、距離Lだけ離れた位置にある対象物Tで反射され、受信アンテナ102で受信される。
In the
制御部133から制御線cを介して所定のタイミングで相関器121に制御信号Cが出力されると、相関器121の電源が投入されて受信アンテナ102で受信された受信信号と送信信号との相関がとられる。相関器121から出力される信号は、IQミキサ122で複素ベースバンド信号にダウンコンバートされる。第1ミキサ123及び第2ミキサ124でダウンコンバートされたそれぞれのベースバンド信号D、Eは、信号線d、eを介してベースバンド部130のA/D変換部131に入力され、ここでディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ディジタル信号処理部132において複素信号処理がなされ、対象物Tに係る位置情報と相対速度情報が算出される。
When the control signal C is output from the
図1に示す制御線a、b、c、及び信号線d、eは、高周波用基板103と低周波用基板104との間をコネクタ105で接続されている。コネクタ105の各ピン(端子)はむき出しの状態にあるため、各端子を流れる信号は微小なレベルではあるが、他の端子に回り込んで干渉してしまう。制御線a、b、cを流れる制御信号A、B、Cは、RF部品(第1ゲート部112、第2ゲート部113、相関器121)をオン/オフ駆動するための信号であり、例えば2〜3[V]程度の信号強度を有している。これに対し、信号線d、eを流れるベースバンド信号D、Eは、対象物Tから反射してきた信号強度の低い信号をダウンコンバートした信号であり、非常に強度の低い信号である。そのため、制御信号A、B、Cはベースバンド信号D、Eに比較して相対的に非常に高い強度の信号となっており、コネクタ105において制御線a、b、cから信号線d、eに制御信号A、B、Cが漏れ込んでしまう。
The control lines a, b, c and the signal lines d, e shown in FIG. 1 are connected between the
パルスレーダ装置100における上記の各制御線及び信号線を拡大して図4に示す。同図では、コネクタ105において、制御線a、b、cから信号線d、eに回り込む信号を、それぞれ干渉ノイズ信号α、β、γとしている。干渉ノイズ信号α、β、γは、信号線d、eを通過するベースバンド信号D、Eとほぼ同等の強度を有する信号となる。図4では、発振器111から出力されてIQミキサ122を通過し、相関器121で反射されて再びIQミキサ122でダウンコンバートされるセルフミキシングノイズを、符号δで示している。このセルフミキシングノイズδも、ベースバンド信号D、Eに混入する。
The above control lines and signal lines in the
本実施形態のパルスレーダ装置100では、ベースバンド信号D、Eに混入する上記の各ノイズを含む不要波のレプリカ信号を事前に作成するために、パルスレーダ装置100の使用開始時に、制御線a、b、cを介して第1ゲート部112、第2ゲート部113、及び相関器121を適当なタイミングで動作させる。そして、得られた不要波のレプリカ信号を記憶部134に記憶しておき、対象物Tの検出時に、受信信号をダウンコンバートしたベースバンド信号D、Eからレプリカ信号を差し引くことで各ノイズを除去する。
In the
以下では、図5〜7を用いて不要波のレプリカ信号を作成する方法を説明する。図5〜7は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法により取得されるノイズ信号及びレプリカ信号の一例を示す図である。本実施形態では、不要波のレプリカ信号を作成するときは、送信アンテナ101から送信電波が放射されないようにしている。
Hereinafter, a method of creating an unnecessary wave replica signal will be described with reference to FIGS. 5-7 is a figure which shows an example of the noise signal and replica signal which are acquired by the control method of the pulse radar apparatus of this embodiment. In the present embodiment, when a replica signal of unnecessary waves is created, transmission radio waves are not radiated from the
本実施形態では、レプリカ信号を2回のレーダ動作で作成するようにしている。2回のレーダ動作では、それぞれで送信電波が放射されないように、2つの制御信号A、Bをそれぞれで1つずつ出力されるようにしている。また、2つの制御信号A、Bのいずれか一方を出力するレーダ動作では、第3制御信号Cを出力させず、かつ発振器111からの搬送波の出力も停止させる。搬送波の出力を停止させることで、セルフミキシングノイズδを発生させないようにすることができる。これにより、2つの制御信号A、Bのいずれか一方からのノイズ信号のみを取得することができる。以下では、制御信号Aだけを出力させないレーダ動作と、制御信号Aのみを出力させるレーダ動作の2回のレーダ操作からレプリカ信号を作成する場合を例に説明する。
In this embodiment, the replica signal is generated by two radar operations. In the two radar operations, two control signals A and B are output one by one so that the transmission radio waves are not radiated in each. Further, in the radar operation that outputs one of the two control signals A and B, the third control signal C is not output, and the output of the carrier wave from the
まず、制御部133から制御信号Aだけを出力させずに制御信号B、Cを出力させて制御線b、cに流し、かつ発振器111から搬送波を出力させている状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部132には、制御信号B、Cが信号線d、eに混入したそれぞれの干渉ノイズ信号β、γと、セルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号(β+γ+δ)が入力される。ノイズ信号(β+γ+δ)がディジタル信号処理部132で信号処理されて図5に示すようなノイズ信号が得られる。図5は、ノイズ信号(β+γ+δ)の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部132で処理して得られたノイズ信号(β+γ+δ)は、第1バックグランド信号として記憶部134に保存される。
First, the
次に、制御部133から制御信号Aだけを出力させて制御線aに流し、制御信号B、Cの出力を停止させる。さらに、発振器111からの搬送波の出力も停止させてレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部132には、制御信号Aが信号線d、eに混入した干渉ノイズ信号αのみのノイズ信号が入力される。ノイズ信号αがディジタル信号処理部132で信号処理されて図6に示すようなノイズ信号が得られる。図6は、ノイズ信号αの時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部132で処理して得られたノイズ信号αを第2バックグランドとし、これを記憶部134に保存されているノイズ信号(β+γ+δ)に加算して保存する。
Next, only the control signal A is output from the
上記の2回のレーダ動作でノイズ信号(β+γ+δ)とノイズ信号αとを加算することで、次式のような全ての不要波を合せたノイズ信号が算出される。
(β+γ+δ)+α= α+β+γ+δ
上記のように、記憶部134には干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号(α+β+γ+δ)が保存される。レプリカ信号(α+β+γ+δ)の時間波形は、図5の時間波形と図6の時間波形とを加算することで得られる。レプリカ信号(α+β+γ+δ)の時間波形の一例を図7に示す。
By adding the noise signal (β + γ + δ) and the noise signal α in the above two radar operations, a noise signal combining all unnecessary waves as in the following equation is calculated.
(Β + γ + δ) + α = α + β + γ + δ
As described above, the
以下では、図8に示す流れ図を用いて不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを用いて補正する方法を説明する。図8は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法を説明するためのす流れ図である。本実施形態では、不要波のレプリカ信号を作成するときは、送信アンテナ101から送信電波が放射されないようにしている。
In the following, a method of creating an unnecessary wave replica signal in advance using the flowchart shown in FIG. 8 and correcting it will be described. FIG. 8 is a flowchart for explaining the control method of the pulse radar device of the present embodiment. In the present embodiment, when a replica signal of unnecessary waves is created, transmission radio waves are not radiated from the
まず、ステップS1において、パルスレーダ装置100の使用開始か否かを判定し、使用開始と判定されたときはステップS2に進む一方、既に使用中と判定されたときはステップS10に進む。ステップS2では、制御部133から制御信号Aが出力されないように出力停止にしておく。次に、ステップS3でレーダを動作させる。このとき、制御部133から制御信号B、Cが出力されて制御線b、cを流れる。また、発振器111からは搬送波が出力されている。このようなレーダ動作により、ディジタル信号処理部132には第1バックグランド信号のノイズ信号(β+γ+δ)が入力される。ステップS4では、ノイズ信号(β+γ+δ)がディジタル信号処理部132で信号処理され、ステップS5で記憶部134に保存される。
First, in step S1, it is determined whether or not the use of the
次のステップS6では、制御部133から制御信号B、Cが出力されないように両制御信号を出力停止にしておく。また、発振器111からの搬送波の出力も停止させる。次に、ステップS7でレーダを動作させる。このとき、制御部133から制御信号Aのみが出力されて制御線aを流れる。また、発振器111からは搬送波が出力されない。このようなレーダ動作により、ディジタル信号処理部132には第2バックグランド信号のノイズ信号αが入力される。ステップS8では、ノイズ信号αがディジタル信号処理部132で信号処理され、ステップS9で記憶部134に保存されているノイズ信号(β+γ+δ)に加算されて保存される。
In the next step S6, the output of both control signals is stopped so that the control signals 133 are not output from the
上記の2回のレーダ動作により、ノイズ信号(β+γ+δ)にノイズ信号αが加算されて全ての不要波を合せたノイズ信号(α+β+γ+δ)が算出される。記憶部134には、干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号(α+β+γ+δ)が保存される。
Through the above two radar operations, the noise signal (β + γ + δ) is added to the noise signal (β + γ + δ), and the noise signal (α + β + γ + δ) obtained by adding all unnecessary waves is calculated. The
一方、ステップS1でパルスレーダ装置100が既に使用中と判定されたときは、ステップS10でレーダを動作させる。このとき、制御部133から制御信号A、B、Cが出力されてそれぞれ制御線a、b、cを流れる。また、発振器111からは搬送波が出力されている。レーダ動作により高周波制御部110で送信信号が生成され、これが電波として送信アンテナ101から放射される。そして、対象物Tで反射された反射波が受信アンテナ102で受信される。受信アンテナ102で受信された受信信号は、高周波受信部120でベースバンド信号にダウンコンバートされ、コネクタ105を介してA/D変換部131に伝送される。
On the other hand, when it is determined in step S1 that the
A/D変換部131に入力されたベースバンド信号は、ここでディジタル信号に変換された後、ディジタル信号処理部132に伝送される。ディジタル信号処理部132に伝送されたディジタル信号には、コネクタ105等で混入したノイズ信号(α+β+γ+δ)が含まれている。ステップS11では、受信信号から得られたディジタル信号をディジタル信号処理部132で処理する。これにより、信号10に干渉ノイズ信号11及びセルフミキシングノイズ12が混入した図3に示すような信号が得られる。
The baseband signal input to the A /
ステップS12で記憶部134からレプリカ信号(α+β+γ+δ)を読み出し、ステップS13においてディジタル信号処理部132で処理された信号からレプリカ信号(α+β+γ+δ)を減算する。これにより、図2に示すような信号10が得られる。この信号10を基に、ステップS14で対象物Tまでの距離L及び相対速度を算出する。
In step S12, the replica signal (α + β + γ + δ) is read from the
なお、本実施形態では、ディジタル信号処理部132の処理で相対速度を算出するために、入力信号に対して複素信号処理(FFT処理)を行って対象物のドップラー成分を算出している。上記説明のパルスレーダ装置100内で生じるノイズ信号はいずれも定常的なノイズであることから、ノイズ信号α、β、γ、δにはいずれもドップラー成分が含まれておらず、相対速度0に相当する0[Hz]成分のみである。
In the present embodiment, in order to calculate the relative speed by the processing of the digital
これより、ステップS4及びS8におけるディジタル信号処理部132の処理により得られるノイズ信号データは、相対速度0に相当する0[Hz]成分のノイズ信号のみであり、ステップS9で記憶部134に保存されるレプリカ信号(α+β+γ+δ)のフーリエ変換データも、相対速度0に相当する0[Hz]成分のみである。従って、上記のステップS13では、A/D変換部131から入力した信号を複素信号処理して得られる0[Hz]成分に対してのみレプリカ信号(α+β+γ+δ)を減算する。
Thus, the noise signal data obtained by the processing of the digital
また、対象物の相対速度を測定する必要がない場合には、ディジタル信号処理部132では上記FFT処理を行う必要はなく、各距離ゲート内に対象物の信号が検出されるかどうかだけを判断させてもよい。さらに、対象物の相対速度を測定する必要がない場合であっても、SN比改善のためにディジタル信号処理部132で上記FFT処理を行い、各距離ゲート内に対象物の信号が検出されるかどうかだけを判断させてもよい。これらの場合にも、制御部133から制御信号A、B、Cが出力された場合に得られる各距離ゲートのデータから、レプリカ信号(α+β+γ+δ)の対応する距離ゲートのデータを差し引くことによって低ノイズ信号が得られるので、これに基づいて対象物の検出を確実に行うことができる。
When there is no need to measure the relative speed of the object, the digital
図8に示す流れ図では、パルスレーダ装置100の使用開始時(電源投入時)にレプリカ信号(α+β+γ+δ)を作成しているが、これに限定されず、パルスレーダ装置100の使用中に定期的にレプリカ信号(α+β+γ+δ)を作成させるようにしてもよい。パルスレーダ装置100の使用中に、例えば装置内の温度が上昇してレプリカ信号がわずかながら変化する可能性がある。そのため、パルスレーダ装置100の使用中も定期的にレプリカ信号を作成し直すことで、パルスレーダ装置100のレーダ性能をさらに向上させることができる。
In the flowchart shown in FIG. 8, the replica signal (α + β + γ + δ) is created when the
上記説明のように、本発明のパルスレーダ装置によれば、ノイズ信号のレプリカ信号を事前に作成して受信信号から除去することにより、対象物の情報を高精度に検出することが可能となる。本発明のパルスレーダ装置では、動作周波数の低いベースバンド部については、低価格の低周波用の基板を用いることができ、また低周波用の基板と高周波用の基板とを、従来から用いられている汎用のコネクタを用いて接続することができる。これにより、小型で低コストなパルスレーダ装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the pulse radar apparatus of the present invention, it is possible to detect information on an object with high accuracy by creating a replica signal of a noise signal in advance and removing it from the received signal. . In the pulse radar device of the present invention, a low-cost low-frequency substrate can be used for a baseband portion having a low operating frequency, and a low-frequency substrate and a high-frequency substrate are conventionally used. Can be connected using a general-purpose connector. This makes it possible to provide a small and low-cost pulse radar device.
(第2実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るパルスレーダ装置の制御方法を、図9、10を用いて以下に説明する。図9、10は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法により取得されるノイズ信号の一例を示す図である。本実施形態でも、レプリカ信号を2回のレーダ動作で作成するようにしているが、それぞれで出力させる制御信号が第1実施形態と異なっている。
(Second Embodiment)
A control method of the pulse radar device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 9 and 10 are diagrams illustrating examples of noise signals acquired by the control method of the pulse radar device according to the present embodiment. Also in the present embodiment, the replica signal is created by two radar operations, but the control signal output by each is different from the first embodiment.
本実施形態では、レプリカ信号を作成するための2回のレーダ動作のうち1回は、高周波送信部110を動作させる制御信号A、Bを同時に出力させて制御線a、bに流し、相関器121を動作させる制御信号Cを出力させず、かつ発振器111からの搬送波の出力も停止させた状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部132には、制御信号A、Bが信号線d、eに混入したそれぞれの干渉ノイズ信号α、βからなるノイズ信号(α+β)が入力される。ノイズ信号(α+β)がディジタル信号処理部132で信号処理されて図9に示すようなノイズ信号が得られる。図9は、ノイズ信号(α+β)の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部132で処理して得られたノイズ信号(α+β)は、第2バックグランド信号として記憶部134に保存される。
In the present embodiment, one of the two radar operations for creating the replica signal is such that the control signals A and B for operating the high-
また、2回のレーダ動作のうち別の1回は、制御信号A、Bを出力させず、制御信号Cを出力させて制御線cに流し、かつ発振器111から搬送波を出力させている状態でレーダを動作させる。これにより、ディジタル信号処理部132には、制御信号Cが信号線d、eに混入した干渉ノイズ信号γと、セルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号(γ+δ)が入力される。ノイズ信号(γ+δ)がディジタル信号処理部132で信号処理されて図10に示すようなノイズ信号が得られる。図10は、ノイズ信号(γ+δ)の時間波形の一例を示す図である。ディジタル信号処理部132で処理して得られたノイズ信号(γ+δ)を第1バックグランドとし、これを記憶部134に保存されているノイズ信号(α+β)に加算して保存する。
In another one of the two radar operations, the control signals A and B are not output, the control signal C is output and sent to the control line c, and the carrier wave is output from the
ところで、前記発振器が止められない場合、レプリカ信号を作成するための2回のレーダ動作のうちの1回は、高周波送信部110に出力する2つの制御信号A、Bを同時に出力させており、このときは制御信号Cを出力させないようにしている。これにより、高周波送信部110で送信信号が生成され、これが送信アンテナ101から電波として放射される。電波が放射されて、探知距離内に対象物があった場合、これが受信アンテナ102で受信されてディジタル信号処理部132に出力されるため、受信信号とノイズ信号とが加算され、ノイズ信号だけを取得することができなくなる。
By the way, when the oscillator cannot be stopped, one of the two radar operations for creating the replica signal outputs two control signals A and B to be output to the high-
しかし、探知距離内に対象物がない場合には、受信信号の強度が低くなるため特に問題とはならない。また、対象物がある場合でも、制御信号Cが出力されず相関器121が動作しないことから、ディジタル信号処理部132に出力されるディジタル信号は大幅に減衰された強度の極めて低い信号となっている。本実施形態で作成されるレプリカ信号は、電波を放射させないで作成する場合に比べて精度がやや低下するものの、対象物情報の精度を高めるのに十分なレプリカ信号を取得することができる。これに加えて、高周波送信部110への制御信号A、Bの出力を、対象物情報の検知の場合と同様の制御方法で行うことができ、さらにレプリカ信号作成時の制御を容易にすることができる。
However, when there is no object within the detection distance, the intensity of the received signal is low, which is not a problem. Even when there is an object, the control signal C is not output and the
上記の2回のレーダ動作で、第2バックグランドのノイズ信号(α+β)と第1バックグランドのノイズ信号(γ+δ)とを加算することで、次式のような全ての不要波を合せたノイズ信号が算出される。
(α+β)+(γ+δ)= α+β+γ+δ
上記のように、記憶部134には干渉ノイズ信号α、β、γ、及びセルフミキシングノイズδを合成したノイズ信号のレプリカ信号(α+β+γ+δ)が保存される。レプリカ信号(α+β+γ+δ)の時間波形は、図9の時間波形と図10の時間波形とを加算することで、図7に例示するようなものが得られる。
By adding the second background noise signal (α + β) and the first background noise signal (γ + δ) in the above two radar operations, the noise is the sum of all unnecessary waves as in the following equation. A signal is calculated.
(Α + β) + (γ + δ) = α + β + γ + δ
As described above, the
以下では、図11に示す流れ図を用いて不要波のレプリカ信号を事前に作成し、これを用いて補正する方法を説明する。図8は、本実施形態のパルスレーダ装置の制御方法を説明するためのす流れ図である。以下では、主に第1実施形態と異なる処理について説明する。 In the following, a method of creating an unnecessary wave replica signal in advance using the flowchart shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining the control method of the pulse radar device of the present embodiment. In the following, processing different from the first embodiment will be mainly described.
ステップS1でパルスレーダ装置100の使用開始と判定されたときは、ステップS22で制御部133から制御信号Cが出力されないように出力停止にしておき、発振器111からの搬送波の出力も停止させておく。これにより、ステップS24では、ノイズ信号(α+β)がディジタル信号処理部132で信号処理され、ステップS25で記憶部134に保存される。次のステップS26では、制御部133から制御信号A、Bが出力されないように出力停止にしておく。また、発振器111からは搬送波を出力させる。これにより、ステップS28では、ノイズ信号(γ+δ)がディジタル信号処理部132で信号処理され、ステップS29で記憶部134に保存される。
When it is determined that the use of the
上記の2回のレーダ動作により、ノイズ信号(α+β)にノイズ信号(γ+δ)が加算されて全ての不要波を合せたノイズ信号のレプリカ信号(α+β+γ+δ)が記憶部134に保存される。上記のように、本実施形態でも2回のレーダ動作でレプリカ信号を作成することができる。
By the above two radar operations, the noise signal (γ + δ) is added to the noise signal (α + β), and a replica signal (α + β + γ + δ) of the noise signal obtained by adding all unnecessary waves is stored in the
なお、上記実施形態のパルスレーダ装置100では、送受信アンテナとも1つずつとしているが、これに限定されるものではない。例えば、位相モノパルス方式で位相角を測定するパルスレーダ装置では、受信アンテナを2つ備える必要があるが、このようなパルスレーダ装置においても同様にしてノイズ信号のレプリカ信号を作成し、これを受信信号から除去することができる。
In the
上記実施形態のパルスレーダ装置及びその制御方法では、バックグラウンド信号を取得するときに発振器から搬送波が出力される場合と搬送波が出力されない場合がある。このうち、発振器から搬送波が出力される場合には、外部に対象物(反射物)があるとその反射信号を受信してしまうためレプリカ信号に誤差が生じるが、その誤差は小さく対象物情報の検出に特に問題となることはない。 In the pulse radar apparatus and the control method thereof according to the above embodiment, a carrier wave may be output from an oscillator or a carrier wave may not be output when a background signal is acquired. Among these, when the carrier wave is output from the oscillator, if there is an object (reflecting object) outside, the reflected signal is received and an error occurs in the replica signal, but the error is small and the object information is small. There is no particular problem with detection.
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルスレーダ装置及びその制御方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルスレーダ装置及びその制御方法の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the pulse radar apparatus and the control method thereof according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the pulse radar device and its control method in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100、200 パルスレーダ装置
101 送信アンテナ
102、210 受信アンテナ
103 高周波用基板
104 低周波用基板
105 コネクタ
110 高周波送信部
111 発振器
112 第1ゲート部
113 第2ゲート部
120 高周波受信部
121 相関器
122 IQミキサ
123 第1ミキサ
124 第2ミキサ
125 移相器
130 ベースバンド部
131 A/D変換部
132 ディジタル信号処理部
133 制御部
134 記憶部
211 第1アンテナ
212 第2アンテナ
213 ハイブリッド回路
214 切替器
100, 200
Claims (22)
前記高周波送信部から前記送信信号を入力して電波として空間に放射する送信アンテナと、
前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナから受信信号を入力して受信用制御信号に従って前記送信信号との相関をとってベースバンド信号に変換する高周波受信部と、
少なくとも前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換部と、前記A/D変換部から前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理部と、前記送信用制御信号を前記高周波送信部に出力するとともに前記受信用制御信号を前記高周波受信部に出力する制御部と、を有するベースバンド部と、を備え、
前記ディジタル信号処理部は、
前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の一部または全部が出力されずそれ以外の前記送信用制御信号及び前記受信用制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を第1のバックグランド信号として取得し、前記制御部から前記一部または全部の送信用制御信号のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を第2のバックグランド信号として取得し、前記第1のバックグランド信号と前記第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、
前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、
前記低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出する
ことを特徴するパルスレーダ装置。 A high frequency generator having an oscillator for generating a carrier wave of a predetermined frequency, cutting out the carrier wave in a pulse shape according to two or more transmission control signals, and generating a transmission signal when all of the two or more transmission control signals are output A transmission unit;
A transmission antenna that inputs the transmission signal from the high-frequency transmission unit and radiates it into space as a radio wave;
A receiving antenna that receives a reflected wave in which the radio wave is reflected by an object;
A high-frequency receiving unit that inputs a reception signal from the reception antenna and correlates with the transmission signal according to a reception control signal and converts it to a baseband signal;
An A / D converter that inputs at least the baseband signal and converts it to a digital signal, and a distance to the object and / or a relative speed of the object that receives the digital signal from the A / D converter And / or a digital signal processing unit that calculates an azimuth angle of the object, and a control unit that outputs the transmission control signal to the high-frequency transmission unit and outputs the reception control signal to the high-frequency reception unit. A baseband portion having,
The digital signal processor is
Output from the A / D conversion unit when a part or all of the two or more transmission control signals are not output from the control unit and other transmission control signals and reception control signals are output. A digital signal output from the A / D converter when only a part or all of the transmission control signals are output from the control unit. Obtaining a second background signal, calculating a replica signal by adding the first background signal and the second background signal,
A digital signal output from the A / D converter when all of the two or more transmission control signals and the reception control signal are output from the control unit and a carrier wave is output from the oscillator. Subtract the replica signal from the low noise signal,
A pulse radar device, wherein a distance to the object and / or a relative speed of the object and / or an azimuth angle of the object are calculated based on the low noise signal.
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスレーダ装置。 The carrier wave from the oscillator is output when the first background signal is acquired, and the carrier wave output from the oscillator is stopped when the second background signal is acquired. The pulse radar device according to 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスレーダ装置。 2. The pulse radar device according to claim 1, wherein a carrier wave from the oscillator is output both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
前記制御部から前記2以上の送信用制御信号の全部及び前記受信用制御信号が出力されかつ前記発振器からの搬送波の出力が行われているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置。 The digital signal processing unit performs a Fourier transform process on the digital signal input from the A / D conversion unit,
A digital signal output from the A / D converter when all of the two or more transmission control signals and the reception control signal are output from the control unit and a carrier wave is output from the oscillator. 4. The pulse radar according to claim 1, wherein the low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from a Fourier component corresponding to 0 Hz. apparatus.
前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記2以上の送信用制御信号及び前記受信用制御信号を伝達するそれぞれの制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンコネクタの結線部が前記第1の基板と前記別の基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記A/D変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置。 At least the baseband portion is formed on a first substrate, and the high-frequency transmitter and the high-frequency receiver are formed on a substrate different from the first substrate,
A connection part of a multi-pin connector that collectively connects the signal line for transmitting the baseband signal and the respective control lines for transmitting the two or more transmission control signals and the reception control signal to the energized state. The control line is provided between the one board and the other board, and the control line in the connection part is such that the level of a leakage signal from the control line to the signal line falls within the dynamic range of the A / D converter. 5. The pulse radar device according to claim 1, wherein the connection of the signal line and the connection of the signal line are separated from each other. 6.
前記高周波受信部が、前記受信アンテナから前記受信信号を入力して第3制御信号に従って前記送信信号との相関をとる相関部と、前記相関部からの出力信号をベースバンドにダウンコンバートして前記ベースバンド信号を出力するダウンコンバート部と、を有し、
前記制御部が、前記第1ゲート部、前記第2ゲート部、及び前記相関部にそれぞれ前記第1制御信号、前記第2制御信号、及び前記第3制御信号を出力してそれぞれの電源をオン/オフ制御し、
前記ディジタル信号処理部は、
前記2以上の送信用制御信号を前記第1制御信号と前記第2制御信号の2個とし、前記受信用制御信号を前記第3制御信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項1乃至5のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置。 The high-frequency transmission unit generates a transmission signal by further cutting out a first gate unit that cuts the carrier wave in a pulse shape according to a first control signal, and a signal cut out by the first gate unit according to a second control signal A second gate portion that
The high-frequency receiving unit receives the reception signal from the reception antenna and correlates with the transmission signal according to a third control signal, and down-converts the output signal from the correlation unit to baseband, A down-conversion unit that outputs a baseband signal,
The control unit outputs the first control signal, the second control signal, and the third control signal to the first gate unit, the second gate unit, and the correlation unit, respectively, and turns on the respective power supplies. Control / off,
The digital signal processor is
2. The replica signal is calculated using the two or more transmission control signals as the first control signal and the second control signal and using the reception control signal as the third control signal. The pulse radar device according to any one of 1 to 5.
前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方が出力されず他方および前記第3制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項6に記載のパルスレーダ装置。 The digital signal processor is
A digital signal output from the A / D converter when one of the first control signal and the second control signal is not output from the control unit and the other and the third control signal is output. The digital signal output from the A / D conversion unit when the control unit outputs only one of the first control signal and the second control signal is the first background signal. The pulse radar device according to claim 6, wherein the replica signal is calculated as a second background signal.
前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方が出力されず前記第3制御信号が出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記制御部から前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方のみが出力されているときに前記A/D変換部から出力されるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項6に記載のパルスレーダ装置。 The digital signal processor is
The digital signal output from the A / D converter when the first control signal and the second control signal are not output from the control unit and the third control signal is output is the first control signal. The second background signal is a digital signal output from the A / D converter when only the first control signal and the second control signal are output from the control unit as a background signal. The pulse radar device according to claim 6, wherein the replica signal is calculated as:
ことを特徴とする請求項7または8に記載のパルスレーダ装置。 The carrier wave from the oscillator is output when the first background signal is acquired, and the carrier wave output from the oscillator is stopped when the second background signal is acquired. The pulse radar device according to 7 or 8.
ことを特徴とする請求項7または8に記載のパルスレーダ装置。 9. The pulse radar device according to claim 7, wherein a carrier wave from the oscillator is output both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置。 The digital signal processing unit outputs the A / D signal when the first control signal, the second control signal, and the third control signal are output from the control unit and a carrier wave is output from the oscillator. 7. The low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from a Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal output from the conversion unit. The pulse radar device according to claim 1.
前記高周波送信部及び前記高周波受信部は、該高周波送信部及び高周波受信部の動作周波数帯に対応する高周波用基板上に形成され、
前記ベースバンド信号を伝達する信号線と前記第1制御信号、前記第2制御信号、及び 前記第3制御信号を伝達するそれぞれ第1制御線、第2制御線、及び第3制御線とを一括して通電状態に結線する多ピンのコネクタの結線部が前記低周波用基板と前記高周波用基板との間に設けられ、前記制御線から前記信号線への漏れ信号のレベルが前記A/D変換部のダイナミックレンジ内に入るように前記結線部内で前記制御線の結線と前記信号線の結線とが隔離して配置されている
ことを特徴とする請求項6乃至10のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置。 The baseband part is formed on a low frequency substrate corresponding to the operating frequency band of the baseband part,
The high frequency transmitter and the high frequency receiver are formed on a high frequency substrate corresponding to an operating frequency band of the high frequency transmitter and the high frequency receiver,
A signal line for transmitting the baseband signal, and a first control line, a second control signal, and a third control line for transmitting the first control signal, the second control signal, and the third control signal, respectively. A connection portion of a multi-pin connector that is connected in an energized state is provided between the low-frequency board and the high-frequency board, and the level of a leakage signal from the control line to the signal line is the A / D The connection of the control line and the connection of the signal line are arranged separately in the connection unit so as to fall within the dynamic range of the conversion unit. The pulse radar device described.
前記搬送波を2以上の送信用制御信号に従ってパルス状に切出して送信信号を生成する信号切出しステップと、
前記送信信号を電波として空間に放射する送信ステップと、
前記電波が対象物で反射された反射波を受信する受信ステップと、
受信用制御信号に従って前記受信ステップで受信した受信信号と前記送信信号との相関をとる相関ステップと、
前記相関ステップの出力信号をベースバンドにダウンコンバートしてベースバンド信号を出力するダウンコンバートステップと、
少なくとも、前記ベースバンド信号を入力してディジタル信号に変換するA/D変換ステップと、
前記ディジタル信号を入力して前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出するディジタル信号処理ステップと、
を有し、
前記ディジタル信号処理ステップでは、
前記信号切出しステップで前記2以上の記送信用制御信号の一部または全部を出力せずそれ以外の前記送信用制御信号を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を第1のバックグランド信号として取得し、前記信号切出しステップで前記一部または全部の送信用制御信号のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を第2のバックグランド信号として取得し、前記第1のバックグランド信号と前記第2のバックグランド信号とを加算することによりレプリカ信号を算出し、前記信号切出しステップで前記2以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号から前記レプリカ信号を減算して低ノイズ信号を算出し、該低ノイズ信号に基づいて前記対象物までの距離及び/または前記対象物の相対速度及び/または前記対象物の方位角を算出する
ことを特徴するパルスレーダ装置の制御方法。 A carrier wave generating step for generating a carrier wave of a predetermined frequency;
A signal extracting step of generating a transmission signal by extracting the carrier wave in a pulse shape according to two or more transmission control signals;
A transmission step of radiating the transmission signal as a radio wave to space;
A reception step of receiving a reflected wave in which the radio wave is reflected by an object;
A correlation step for correlating the reception signal received in the reception step with the transmission signal in accordance with a reception control signal;
A down-conversion step of down-converting the output signal of the correlation step into a baseband and outputting a baseband signal;
At least an A / D conversion step of inputting the baseband signal and converting it into a digital signal;
A digital signal processing step of inputting the digital signal and calculating a distance to the object and / or a relative speed of the object and / or an azimuth angle of the object;
Have
In the digital signal processing step,
When the signal extraction step outputs part or all of the two or more transmission control signals without outputting the other transmission control signals and the correlation step outputs the reception control signals. A digital signal obtained in the A / D conversion step is acquired as a first background signal, and obtained in the A / D conversion step when only a part or all of the transmission control signals are output in the signal extraction step. A digital signal is obtained as a second background signal, a replica signal is calculated by adding the first background signal and the second background signal, and the two or more signals are extracted in the signal extraction step. The entire transmission control signal is output, and the reception control signal is output in the correlation step and the carrier wave generation step is performed. Sometimes the low noise signal is calculated by subtracting the replica signal from the digital signal obtained in the A / D conversion step, the distance to the object and / or the relative speed of the object based on the low noise signal And / or calculating the azimuth angle of the object.
ことを特徴とする請求項13に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 The pulse radar device according to claim 13, wherein the carrier wave generating step is performed when the first background signal is acquired, and the carrier wave generating step is not performed when the second background signal is acquired. Control method.
ことを特徴とする請求項13に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 14. The method of controlling a pulse radar device according to claim 13, wherein the carrier wave generation step is performed both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
前記信号切出しステップで前記2以上の送信用制御信号の全部を出力しかつ前記相関ステップで前記受信用制御信号を出力しかつ前記搬送波生成ステップを行ったときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号の0Hzに相当するフーリエ成分から前記レプリカ信号の0Hzに相当するフーリエ成分を減算することにより前記低ノイズ信号を算出する
ことを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 In the digital signal processing step, the digital signal converted in the A / D conversion step is subjected to Fourier transform processing,
Obtained in the A / D conversion step when all of the two or more transmission control signals are output in the signal extraction step and the reception control signal is output in the correlation step and the carrier wave generation step is performed. 16. The low noise signal is calculated by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from a Fourier component corresponding to 0 Hz of a digital signal. Control method of pulse radar device.
前記相関ステップでは、第3制御信号に従って前記受信信号と前記送信信号との相関をとり、
前記ディジタル信号処理ステップでは、
前記2以上の送信用制御信号を前記第1制御信号と前記第2制御信号の2個とし、前記受信用制御信号を前記第3制御信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項13乃至16のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 The signal cut-out step generates a transmission signal by further cutting out the signal cut out in the first cut-out step according to the first control signal and the signal cut out in the first cut-out step according to the second control signal. A cutting step, and
In the correlation step, the reception signal and the transmission signal are correlated according to a third control signal,
In the digital signal processing step,
14. The replica signal is calculated using the two or more transmission control signals as the first control signal and the second control signal and using the reception control signal as the third control signal. 17. The method for controlling a pulse radar device according to any one of items 1 to 16.
前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方を出力せず他方を出力しかつ前記相関ステップで前記第3制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号のいずれか一方のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項17に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 In the digital signal processing step,
In the A / D conversion step, when either the first control signal or the second control signal is not output in the signal cutting step and the other is output and the third control signal is output in the correlation step The digital signal obtained in the A / D conversion step when the obtained digital signal is the first background signal and only one of the first control signal and the second control signal is output in the signal extraction step. The pulse radar device control method according to claim 17, wherein the replica signal is calculated using a signal as the second background signal.
前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方を出力せずかつ前記相関ステップで前記第3制御信号を出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第1のバックグランド信号とし、前記信号切出しステップで前記第1制御信号と前記第2制御信号の両方のみを出力したときに前記A/D変換ステップで得られるディジタル信号を前記第2のバックグランド信号として前記レプリカ信号を算出する
ことを特徴する請求項17に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 In the digital signal processing step,
The digital signal obtained in the A / D conversion step when both the first control signal and the second control signal are not output in the signal cutting step and the third control signal is output in the correlation step is A digital signal obtained in the A / D conversion step when only the first control signal and the second control signal are output in the signal cutting step as the first background signal is used as the second background signal. The method of controlling a pulse radar device according to claim 17 , wherein the replica signal is calculated as a signal.
ことを特徴とする請求項18または19に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 The pulse according to claim 18 or 19, wherein the carrier wave generation step is performed when the first background signal is acquired, and the carrier wave generation step is not performed when the second background signal is acquired. Control method of radar device.
ことを特徴とする請求項18または19に記載のパルスレーダ装置の制御方法。 20. The method of controlling a pulse radar device according to claim 18, wherein the carrier wave generation step is performed both when the first background signal is acquired and when the second background signal is acquired.
ことを特徴とする請求項17乃至21のいずれか1項に記載のパルスレーダ装置の制御方法。
The low noise signal is obtained by subtracting a Fourier component corresponding to 0 Hz of the replica signal from a Fourier component corresponding to 0 Hz of the digital signal when the first cutting step, the second cutting step and the correlation step are executed. The method of controlling a pulse radar device according to any one of claims 17 to 21 , wherein the method is calculated.
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